ساختار و عملکرد سلول در مسیر تکامل دستخوش تغییرات زیادی شده است. ظهور اندامک‌های جدید با دگرگونی‌هایی در جو و لیتوسفر سیاره جوان انجام شد. یکی از دستاوردهای مهم هسته سلول بود. ارگانیسم های یوکاریوتی به دلیل وجود اندامک های جداگانه، مزایای قابل توجهی نسبت به پروکاریوت ها دریافت کردند و به سرعت شروع به تسلط کردند.
هسته سلولی که ساختار و عملکرد آن در بافت ها و اندام های مختلف تا حدودی متفاوت است، کیفیت بیوسنتز RNA و انتقال اطلاعات ارثی را بهبود بخشیده است.
منشا
تا به امروز، دو فرضیه اصلی در مورد تشکیل یک سلول یوکاریوتی وجود دارد. طبق نظریه همزیستی، اندامک ها (مانند تاژک یا میتوکندری) زمانی موجودات پروکاریوتی مجزا بودند. اجداد یوکاریوت های مدرن آنها را بلعیدند. نتیجه یک ارگانیسم همزیست بود.
هسته در نتیجه بیرون زدگی به سمت داخل تشکیل شدبخش غشای سیتوپلاسمی این یک دستاورد ضروری در راه تسلط بر روش جدید تغذیه، فاگوسیتوز، توسط سلول بود. گرفتن غذا با افزایش میزان تحرک سیتوپلاسمی همراه بود. ژنوفورها که ماده ژنتیکی یک سلول پروکاریوتی بودند و به دیواره‌ها متصل بودند، در منطقه‌ای از "جریان" قوی افتادند و نیاز به محافظت داشتند. در نتیجه، نفوذ عمیق بخشی از غشاء حاوی ژنوفورهای متصل تشکیل شد. این فرضیه با این واقعیت پشتیبانی می شود که پوسته هسته به طور جدایی ناپذیری با غشای سیتوپلاسمی سلول مرتبط است.
نسخه دیگری از توسعه رویدادها وجود دارد. بر اساس فرضیه ویروسی منشاء هسته، در نتیجه عفونت یک سلول باستانی باستانی تشکیل شده است. یک ویروس DNA به آن نفوذ کرد و به تدریج کنترل کاملی بر فرآیندهای زندگی به دست آورد. دانشمندانی که این نظریه را صحیح تر می دانند، استدلال های زیادی به نفع آن ارائه می کنند. با این حال، تا به امروز، هیچ مدرک قطعی برای هیچ یک از فرضیه‌های موجود وجود ندارد.
یک یا چند
بیشتر سلول های یوکاریوت های مدرن دارای هسته هستند. اکثریت قریب به اتفاق آنها حاوی تنها یک اندامک هستند. با این حال، سلول هایی وجود دارند که به دلیل برخی ویژگی های عملکردی هسته خود را از دست داده اند. به عنوان مثال، گلبول های قرمز از جمله این موارد هستند. همچنین سلول هایی با دو (سیلیات) و حتی چندین هسته وجود دارد.
ساختار هسته سلول
صرف نظر از خصوصیات ارگانیسم، ساختار هسته با مجموعه ای از ویژگی های معمولی مشخص می شود.اندامک ها با یک غشای دوگانه از فضای داخلی سلول جدا می شود. در برخی نقاط، لایه‌های داخلی و خارجی آن با هم ادغام می‌شوند و منافذ ایجاد می‌کنند. وظیفه آنها تبادل مواد بین سیتوپلاسم و هسته است.
فضای اندامک پر از کاریوپلاسم است که شیره هسته ای یا نوکلئوپلاسم نیز نامیده می شود. حاوی کروماتین و هسته است. گاهی اوقات آخرین اندامک های نامگذاری شده هسته سلول در یک نسخه وجود ندارد. در برخی از موجودات، هسته، برعکس، وجود ندارد.
ممبران
غشاء هسته توسط لیپیدها تشکیل شده و از دو لایه بیرونی و داخلی تشکیل شده است. در واقع این همان غشای سلولی است. هسته از طریق فضای اطراف هسته با کانال های شبکه آندوپلاسمی ارتباط برقرار می کند، حفره ای که توسط دو لایه غشاء تشکیل شده است.
غشاهای بیرونی و داخلی ویژگی‌های ساختاری خاص خود را دارند، اما به طور کلی کاملاً مشابه هستند.
نزدیکترین به سیتوپلاسم
لایه بیرونی وارد غشای شبکه آندوپلاسمی می شود. تفاوت اصلی آن با دومی غلظت قابل توجهی بالاتر پروتئین در ساختار است. غشا در تماس مستقیم با سیتوپلاسم سلول با لایه ای از ریبوزوم از خارج پوشیده شده است. با منافذ متعددی که مجتمع های پروتئینی نسبتاً بزرگی هستند به غشای داخلی متصل می شود.
لایه داخلی
غشای روبروی هسته سلول، بر خلاف غشای بیرونی، صاف است و با ریبوزوم پوشانده نشده است. کاریوپلاسم را محدود می کند. یکی از ویژگی های غشای داخلی لایه ای از لایه هسته ای است که آن را از جانبی پوشانده است.در تماس با نوکلئوپلاسم این ساختار پروتئینی خاص شکل پوشش را حفظ می کند، در تنظیم بیان ژن نقش دارد و همچنین باعث تقویت اتصال کروماتین به غشای هسته می شود.
متابولیسم
برهمکنش هسته و سیتوپلاسم از طریق منافذ هسته ای انجام می شود. آنها ساختارهای پیچیده ای هستند که توسط 30 پروتئین تشکیل شده اند. تعداد منافذ روی یک هسته می تواند متفاوت باشد. بستگی به نوع سلول، اندام و ارگانیسم دارد. بنابراین، در انسان، هسته سلولی می تواند از 3 تا 5 هزار منفذ داشته باشد، در برخی از قورباغه ها به 50000 می رسد.
عملکرد اصلی منافذ تبادل مواد بین هسته و بقیه فضای سلول است. برخی از مولکول ها به صورت غیرفعال از منافذ عبور می کنند، بدون اینکه انرژی اضافی صرف شود. اندازه آنها کوچک است. حمل و نقل مولکول های بزرگ و کمپلکس های فوق مولکولی مستلزم مصرف مقدار معینی انرژی است.
مولکول‌های RNA سنتز شده در هسته از کاریوپلاسم وارد سلول می‌شوند. پروتئین های لازم برای فرآیندهای درون هسته ای در جهت مخالف منتقل می شوند.
نوکلئوپلاسما
آب هسته ای محلول کلوئیدی پروتئین است. توسط پوشش هسته ای محدود شده و کروماتین و هسته را احاطه کرده است. نوکلئوپلاسم مایعی چسبناک است که مواد مختلفی در آن حل می شود. اینها شامل نوکلئوتیدها و آنزیم ها هستند. اولی برای سنتز DNA ضروری است. آنزیم ها در رونویسی و همچنین ترمیم و تکثیر DNA نقش دارند.
ساختار شیره هسته ای بسته به وضعیت سلول تغییر می کند. دو مورد از آنها وجود دارد - ثابت ودر حین تقسیم رخ می دهد. اولی مشخصه بین فاز (زمان بین تقسیمات) است. در همان زمان، شیره هسته ای با توزیع یکنواخت اسیدهای نوکلئیک و مولکول های DNA بدون ساختار متمایز می شود. در این دوره، مواد ارثی به شکل کروماتین وجود دارد. تقسیم هسته سلول با تبدیل کروماتین به کروموزوم همراه است. در این زمان، ساختار کاریوپلاسم تغییر می کند: ماده ژنتیکی ساختار خاصی پیدا می کند، پوشش هسته از بین می رود و کاریوپلاسم با سیتوپلاسم مخلوط می شود.
کروموزوم
عملکردهای اصلی ساختارهای نوکلئوپروتئینی کروماتین تبدیل شده در زمان تقسیم، ذخیره، اجرا و انتقال اطلاعات ارثی موجود در هسته سلول است. کروموزوم ها با شکل خاصی مشخص می شوند: آنها توسط یک انقباض اولیه به قسمت ها یا بازوها تقسیم می شوند که به آن کولومر نیز می گویند. با توجه به محل آن، سه نوع کروموزوم متمایز می شود:
- میله ای شکل یا آکروسنتریک: آنها با قرارگیری کولومر تقریباً در انتهای آن مشخص می شوند، یک بازو بسیار کوچک است؛
- متنوع یا تحت فرامرکز بازوهایی با طول نابرابر دارند؛
- متساوی یا فرامرکزی.
به مجموعه کروموزوم های یک سلول، کاریوتایپ می گویند. هر نوع ثابت است. در این مورد، سلول های مختلف یک ارگانیسم ممکن است حاوی یک مجموعه دیپلوئید (دوگانه) یا هاپلوئید (تک) باشند. اولین گزینه برای سلول های سوماتیکی است که عمدتاً بدن را تشکیل می دهند. مجموعه هاپلوئید امتیاز سلول های زایا است. سلول های جسمی انسانحاوی 46 کروموزوم، جنس - 23.
کروموزوم های مجموعه دیپلوئید جفت می سازند. ساختارهای نوکلئوپروتئین یکسانی که در یک جفت قرار دارند آللی نامیده می شوند. آنها ساختار یکسانی دارند و عملکردهای یکسانی را انجام می دهند.
واحد ساختاری کروموزوم ها ژن است. این بخشی از مولکول DNA است که یک پروتئین خاص را کد می کند.
هسته
هسته سلولی یک اندامک دیگر دارد - هسته. با یک غشاء از کاریوپلاسم جدا نمی شود، اما هنگام بررسی سلول با میکروسکوپ به راحتی می توان متوجه آن شد. برخی از هسته ها ممکن است دارای چند هسته باشند. مواردی نیز وجود دارند که چنین اندامک هایی در آنها کاملاً وجود ندارند.
شکل هسته شبیه یک کره است، اندازه نسبتاً کوچکی دارد. حاوی پروتئین های مختلفی است. وظیفه اصلی هسته سنتز RNA ریبوزومی و خود ریبوزوم ها است. آنها برای ایجاد زنجیره های پلی پپتیدی ضروری هستند. هسته در اطراف نواحی خاصی از ژنوم تشکیل می شود. به آنها سازمان دهنده هسته ای می گویند. حاوی ژن های RNA ریبوزومی است. هسته، در میان چیزهای دیگر، مکانی با بیشترین غلظت پروتئین در سلول است. بخشی از پروتئین ها برای انجام عملکرد ارگانوئید ضروری است.
هسته از دو جزء تشکیل شده است: دانه ای و فیبریلار. اولین مورد زیر واحدهای ریبوزوم در حال بلوغ است. در مرکز فیبریل، سنتز RNA ریبوزومی انجام می شود. جزء دانه ای، جزء فیبریلار واقع در مرکز هسته را احاطه کرده است.
هسته سلول و وظایف آن
نقشی کههسته را بازی می کند، به طور جدایی ناپذیری با ساختار آن مرتبط است. ساختارهای داخلی ارگانوئید به طور مشترک مهمترین فرآیندها را در سلول اجرا می کنند. این اطلاعات ژنتیکی را در خود جای می دهد که ساختار و عملکرد سلول را تعیین می کند. هسته مسئول ذخیره و انتقال اطلاعات ارثی در طول میتوز و میوز است. در حالت اول، سلول دختر مجموعه ای از ژن های یکسان با والدین را دریافت می کند. در نتیجه میوز، سلول های زاینده با مجموعه ای از کروموزوم هاپلوئید تشکیل می شوند.
یکی دیگر از عملکردهای نه چندان مهم هسته، تنظیم فرآیندهای درون سلولی است. این در نتیجه کنترل سنتز پروتئین های مسئول ساختار و عملکرد عناصر سلولی انجام می شود.
تاثیر بر سنتز پروتئین بیان دیگری دارد. هسته که فرآیندهای درون سلول را کنترل می‌کند، همه اندامک‌های آن را در یک سیستم واحد با مکانیزم کارکرد خوب متحد می‌کند. شکست در آن، به عنوان یک قاعده، منجر به مرگ سلولی می شود.
در نهایت، هسته محل سنتز زیر واحدهای ریبوزوم است که مسئول تشکیل همان پروتئین از اسیدهای آمینه هستند. ریبوزوم ها در فرآیند رونویسی ضروری هستند.
سلول یوکاریوتی ساختار کاملتری نسبت به پروکاریوتی دارد. ظهور اندامک ها با غشای خاص خود باعث افزایش کارایی فرآیندهای درون سلولی می شود. تشکیل یک هسته احاطه شده توسط یک غشای چربی دوگانه نقش بسیار مهمی در این تکامل ایفا کرد. حفاظت از اطلاعات ارثی توسط غشاء، امکان تسلط بر موجودات تک سلولی باستانی را فراهم کردموجودات زنده در شیوه های جدید زندگی از جمله آنها فاگوسیتوز بود که طبق یک نسخه منجر به ظهور یک ارگانیسم همزیستی شد که بعداً مولد سلول یوکاریوتی مدرن با تمام اندامک های مشخصه آن شد. هسته سلول، ساختار و عملکرد برخی از ساختارهای جدید امکان استفاده از اکسیژن در متابولیسم را فراهم کرد. نتیجه این تغییر اساسی در بیوسفر زمین بود، پایه ای برای تشکیل و توسعه موجودات چند سلولی گذاشته شد. امروزه موجودات یوکاریوتی که شامل انسان نیز می شود بر سیاره سیاره تسلط دارند و هیچ چیز در این زمینه تغییراتی را پیش بینی نمی کند.
